工业给水中除铁锰的气水比设计

工业给水中除铁锰的气水比设计

在工业给水处理中，地下水往往含有较高浓度的铁和锰，这不仅会导致管道结垢、设备堵塞，还会影响产品质量，增加运行成本。为保证给水水质稳定达标，除铁除锰成为给水处理中极其重要的环节。常见的除铁除锰方法主要包括接触氧化法、催化过滤法以及曝气氧化法，其中曝气氧化法因其运行简便、经济高效，被广泛应用。而在曝气氧化过程中，气水比的设计是影响系统效率与稳定性的关键参数。本文结合工程实践和相关理论，对工业给水中除铁锰的气水比设计进行系统阐述，并结合计算公式为工程设计提供参考。

一、气水比在除铁除锰中的作用

所谓气水比，是指单位体积水所需的空气体积比值。气水比的大小直接决定了水中溶解氧的供给能力，而溶解氧的多少又影响到铁、锰氧化反应的速度和完全程度。铁、猛的氧化反应如下所示。

 

与铁相比，锰的氧化更为困难，需要更高的pH值和更多的氧气供给。因此，在气水比设计时，必须兼顾铁和锰的氧化需求，保证曝气量既能满足溶解氧需求，又避免过高能耗和运行浪费。

二、气水比的确定与计算

在工程设计中，气水比的确定并非凭经验估算，而是通过一系列理论计算和修正来完成。其基本思路是：先计算水中氧需求量，再结合空气中氧的利用率，推算所需空气量，最终得到气水比。

1.空气中氧的利用率

空气中的氧气分压与水中溶解氧之间存在平衡关系。设空气中氧气体积分数为0.231，空气氧的密度为ρ = 1.2 g/L，则空气单位体积所含氧质量为：0.231×ρ 。

溶解氧的利用率可用下式计算。

 

式中：η 为氧的理论最大利用率；[O2]为水中实际所需氧量，mg/L；C?为氧在水中的饱和溶解度，mg/L；α 为曝气方式修正系数，因喷淋曝气、鼓风曝气等方式不同而有所差异，可按下表取值。

 

2.气水比的计算公式

由氧的平衡关系推导出气水比计算公式如下。

式中：V 为气水比；[O2]为单位体积水所需的氧量；ρ 为空气密度，ρ = 1.2 g/L；α 为曝气方式修正系数；ηmax?为氧利用率理论值。当曝气主要是为了向水中溶氧时，根据水中铁、锰的含量，工程设计中采用下式计算所需的气水比。

式中：[Fe2 ]为水中铁离子浓度，mg/L；[Mn2 ]为水中锰离子浓度，mg/L。该公式表明，水中铁、锰浓度越高，需氧量越大，相应气水比也越大。

3.温度修正

溶解氧的饱和浓度受温度影响较大。在不同水温下，需对气水比进行修正，修正公式如下所示。

式中：(Vηmax)10℃为换算到10℃时的气水比；(Vηmax?)t为实测温度t℃下的气水比；λ为温度修正系数，可按下表取值。

总结

气水比设计是工业给水中除铁除锰工艺的核心环节。通过系统计算氧需求量、结合不同曝气方式的氧转移效率，并进行温度修正，可以科学确定合理的气水比，避免盲目设计带来的能耗浪费与处理不彻底问题。

随着新型高效曝气设备的发展，如微孔曝气、纳米气泡曝气等，其氧转移效率显著提升，未来的气水比设计将更加节能精准。同时结合在线监测与智能控制，可实现动态调节气水比，使除铁除锰工艺更加绿色、智能化。在工程实践中，我们不仅要依赖理论公式，还需结合水质实际和运行经验，综合考虑，才能真正实现经济高效的给水处理目标。